JPH0434916A

JPH0434916A - 位置合わせ方法

Info

Publication number: JPH0434916A
Application number: JP2139599A
Authority: JP
Inventors: Toru Tojo; 徹東條; Mitsuo Tabata; 光雄田畑; Tatsuhiko Touki; 達彦東木; Takeshi Nishisaka; 武士西坂; Toshikazu Yoshino; 芳野　寿和; Susumu Saito; 晋斉藤
Original assignee: Toshiba Corp; Topcon Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Topcon Corp
Priority date: 1990-05-31
Filing date: 1990-05-31
Publication date: 1992-02-05

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的コ（産業上の利用分野）本発明は、２つの物体の位置合わせ方法に係わり、特に
パターン転写に用いられるマスクとウェハとのアライメ
ント等に適した位置合わせ方法に関する。

（従来の技術）近年、ＬＳＩ等の半導体素子の回路パターンの微細化に
伴い、パターン転写手段として、高解像性能を有する光
学式投影露光装置が広く使用されるようになっている。

この装置を用いて転写を行う場合、露光に先立ってマス
クとウェハとを高精度で位置合わせ（マスクアライメン
ト）する必要がある。

マスクアライメントを行う方法としては、投影光学系と
は異なる他の光学系（ｏｆｆ−ａｘｉｓ顕微鏡）を用い
、ウェハ上に予め形成したマークを検出してウェハを位
置決めし、その後ウェハを投影光学系の視野内の所定の
位置に高精度に移動させて予め正確に位置決めされたマ
スクとの位置合わせを行うｏｆ’ｆ’−ａｘｉｓ方式と
、マスクとウェハに予め形成された位置合わせマークを
投影光学系を通して検出し、直接マスクとウェハとを位
置合わせするＴ　Ｔ　Ｌ　（Ｔｈｒｏｕｇｈ　Ｔｈｅ　
Ｌｅｎｓ）方式とがある。

ｏｆ’ｆ’−ａｘｉｓ方式は、アライメントの回数が少
ないため、アライメントに要する時間が少なく、スルー
プット（処理速度）が大きいという利点を持つ。しかし
、位置合わせされたウェハを転写すべき位置まで正確な
距離だけ移動させる必要があり誤差要因が増え、他に絶
対測長系を設けなければならず、高い精度で位置合わせ
することが難しい。そこで最近では、より高精度なアラ
イメントを行うために、ＴＴＬ方式のようにマスク及び
ウェハのマークを投影光学系を通して検出し、直接アラ
イメントする方式が有力となっている。

ＴＴＬ方式のアライメント方法の−っどして、２つのグ
レーティングマークを重ね合わせる方法（文献Ｇ、Ｄｕ
ｂｒｏｅｕｃｑ、１９８０．　ＭＥ、　Ｗ、Ｒｔｒｕｔ
ｎａ。

Ｊｒ、１９８４．５ＰＩＥ等）がある。これは、第４図
に示す如く、グレーティング状マーク　６１ａ、６３ａ
が形成され、投影レンズ６２を挾んで対向配置されたマ
スク６１とウェハ６３に対し、アライメント用の光を入
射させ２つのマーク６１ａ。

６３ａで回折した光を光電検出器６６により検出するこ
とによって、２つのグレーティングマーク５１ａ、６３
ａの重なり状態、つまり相対位置を検出する方法である
。

この方法によれば、第５図に示す如く２つのグレーティ
ングマーク６１ａ、６３ａが重なり合った状態（或いは
半ピツチずれた状態）で、信号強度が最大（或いは最小
）となる。従って、最大値（或いは最小値）を精度良く
検出できる信号処理（例えば振動型同期検波処理等）に
よって高精度なアライメントが可能となる。

ところで、このようなグレーティングマークを用いたＴ
ＴＬアライメント方式では、以下に示すような問題があ
った。つまり、通常の投影レンズは露光波長についての
み全ての収差が最小になるように設定されているが、そ
の他の波長に対しては色収差が存在する。一方、上記の
アライメント方式では、光源としてはコヒーレント性の
良いレーザが用いられるが、露光用光源には水銀ランプ
を用いるため、２つの光源の波長を全く同一とすること
は難しい。このため、アライメント光に対しては色収差
が無視できなくなり、結像位置関係、即ちフォーカス位
置で露光波長とは異なり、デフォーカスした状態で位置
検出をしなければならない。従来、このようにデフォー
カス状態で位置検出すると、十分な検出感度が得られず
再現性も悪かった。また、２つの波長の違いが大きくな
ると、光路長を補正する等の収差補正手段が必要となり
、装置が複雑化し誤差要因も増える。即ち、アライメン
ト用光の波長を露光波長と同一にすることができないこ
とによって、投影レンズの収差の影響を受けることが大
きな問題となっていた。

特に、アライメント光はレジストを感光させないことが
必要とのことから、Ｈｅ−Ｎｅレーザ（６３３ｎ■）を
用いることが多く、また転写用露光波長（λ）は一般に
Ｒ−にλ／ＮＡの関係から解像度Ｒを高めるために短く
する傾向にある。

現在はｇ線（４３６ｎｍ　）が主流であるが将来ｉ線（
３６５ｎ■）と代わり、さらにはエキシマレーザ（Ｋｒ
Ｆ　２４８ｎｍ　、　ＡｒＦ　１８３ｎｍ　）　ヘと変
化することが予想される。

このためにも上記の問題は無視できないものである。従
来、この色収差の問題は第６図に示すように途中に折り
返しミラー６５ａ、６５ｂを設は吸収していた。しかし
、波長の差が大きくなるに従って、上記折り返しミラー
やレンズ系では構造が複雑になり実用的ではなくなって
きている。ここで、図中６６はアライメント用のＨｅ−
Ｎｅレーザ、６７はハーフミラ−６８は反射ミラーであ
る。

（発明が解決しようとする課題）このように従来、露光波長とアライメント波長との違い
による色収差の問題から、マスク・ウェハを高精度に位
置合わせすることは困難であった。また、色収差の解決
策として折り返しミラーを用いたものは、露光波長とア
ライメント波長とが大きく異なる場合、ミラー間隔を大
きく離す必要があり実用的ではなかった。

本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、その目
的とするところは、アライメント光の波長が光学系に合
った波長と異なった場合でも、２つの物体の相対位置を
高精度に検出することができ、且つ折り返しミラー等を
用いることなく簡易に実現することができ、位置合わせ
精度の向上をはかり得る位置合わせ方法を提供すること
にある。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）本発明の骨子は、位置合わせマークを用いたＴＴＬアラ
イメント方式において、アライメント光として露光光の
波長と異なる波長の光を用いても、光学系（投影レンズ
）の色収差の影響を無視できるように、アライメント光
照明方法を改良したことにある。

即ち本発明は、マスク上に形成されたパターンを投影レ
ンズを介してウェハ上に投影露光するに先立ち、露光波
長とは周波数の異なるアライメント光を用いてマスクウ
ェハの光学的な相対位置ずれを求め、このずれに基づい
てマスク・ウェハを位置合わせする位置合わせ方法にお
いて、マスク・ウェハの一方に第１のマーク（例えばウ
ェハマーク）を、他方に第２のマーク（例えばマスクマ
ーク）を設け、アライメント光を第１のマークに照射し
、この第１のマークから生じた複数本の回折光を前記投
影レンズを通して第２のマークの所定距離だけ離れた回
折部分に照射し、第２のマークからの透過或いは反射回
折光を干渉させ、これを検出してマスク・ウェハの相対
位置ずれ情報を得るようにした方法である。

（作用）本発明によれば、第２のマークからの回折光を干渉させ
ることにより、色収差による結像間隔の差の問題を完全
に無くして位置合わせを行うことができる。従って、従
来色収差補正用に用いていた折り返しミラー、レンズ系
等の中間物を設ける必要がなく、これらから生じる誤差
要因をなくすことができる。さらに、折り返しミラー等
が不要となるため、構造が簡単であり光軸調整が容易に
なる。従って、現在エキシマレーザステッパ等で問題と
なっている、ＴＴＬアライメントをこの方法によって実
現することが可能となる。

（実施例）以下、本発明の詳細を図示の実施例によって説明する。

第１図は本発明の一実施例方法に使用した縮小投影露光
装置を示す概略構成図である。通常、縮小投影露光装置
は、投影レンズ２０の両サイドにレチクル（マスク）１
０．ウェハ３０を設置する。投影レンズ２０は、露光波
長に対して結像関係が保たれるようにマスク１０．ウェ
ハ３０の物像間隔が設定され、そのように位置決めされ
る。この状態では、マスク１０の０点から出た光は投影
レンズ２０を通してウェハ３０上で結像する。しかし、
アライメント光として露光波長とは異なる波長、例えば
Ｈｅ−Ｎｅレーザ等を用いた場合、この結像関係はくず
れ、距離りだけ離れた２点鎖線で示した仮想マスク１０
′上で結像することになる。通常、この量が少ない場合
、前記第６図で示したように折り返しミラー等によって
補正が行われる。しかし、例えば２４８ｎｇ＋の露光波
長と６８８ｎ＊のＨｅ−Ｗｅレーザ光（アライメント光
）のように波長差が大きい場合、この量は数ｍにもなり
、折り返しミラー等で補正するのは現実的でない。

そこで本実施例では、以下に説明する方法によってこの
問題を解決している。即ち、第１図においてウェハ３０
上からマスク１０′上のマークを見たとき、２点鎖線で
示した光束でマーク情報が来ることになる。従って、例
えばマスク１０上Ａ、Ｂの２点にマーク１１．１２（第
２のマーク）を形成し、このマーク１１．１２にアライ
メント光を照射し、そこから出てくる光束があたかもマ
スク１０′上から来るマーク位置情報を持つようにすれ
ば、この光束はウェハ３０上で集光することになる。つ
まり、マスク１０上であたかもマスク１０′からのマー
ク位置情報が作られるようになる。なお、アライメント
用のマークとしては、第２図に示すように１次元格子マ
ーク、２次元格子マーク、或いは市松格子マークを用い
ることができる。また、マーク１１．１２は連続した１
つのマークでもよく、回折部分が所定距離だけ離れてい
ればよい。

この関係を保つようにしてアライメント光学構成を考え
ると、次のような新しい方法が考え付く。具体的には、
アライメント光をゼーマン型レーザ光源４１の出力とし
、図に示すようにマスク１０と投影レンズ２０の中間か
ら例えばミラー４２によって折り曲げ、ウェハ３０上に
入射させるものとする。ウェハ３０上には格子状マーク
３１（第１のマーク）が設けられており、ｓｉｎ　　θ−ｎ　λ／ｐ　（ｎ−±１．　２．−）の
式を満足する角度で反射回折する。ここでは、簡単にｎ
−±１とする。反射回折光（この場合は２本）は投影レ
ンズ２０を通ってマスク１０上のマーク１１．１２に向
かう。この反射回折光は周波数が異なったＰ、Ｓ偏向の
光でウェハの位置情報Ｘｗを持ち、ｌ　Ｂ　ｏｃ　６　’　Ｘ’ Ｉｂｏｅｅ−ＩＸ” と表わせる。但し、ＩａはＡに向かう光束、！ｂはＢに
向かう光束であり、ざらにＸｗはＸ　ｗ　−２Ｗ　Ｘ　
ｗ　／　Ｐ　ｗである。

マスク１０の位置情報を持たせるため、マスクマーク１
１．１２も格子状マークＡ、Ｂとし、さらに回折させる
。アライメント光は、このマーク１１，１２によってマ
スク１０の位置情報を持ち、それぞれｌａｏｃｅｉＸｗ　−ＩＸＭ１　ｂｏａ　ｅ−１Ｘ　ｗ　　　ｔ　Ｘ　Ｍと表わされ
る。但し、ＸＭ＝２πｘ　ｙ　／　Ｐ　ｙである。光の
偏波面で表現すると、入射アライメント光は周波数シフ
ト量をω１．ω２とすると、５１のように示され、反射
回折光も同様に５２゜５３のように表わされる。マスク
マーク１１゜１２を通過した光５４．５５も同様である
。Ａマークからの光をミラー４３によって折り曲げ偏向
素子、例えば（λ／２）波長板４４によって偏波面を９
０″回転させる。これによって波長板４４を通過した光
は、５６のように回転し、Ｂマークからの光とハーフミ
ラ−４５によって干渉される。この干渉した光は５７に
示すように同偏波面であり、従ってω１とω２との干渉
が行われ、結果的に検出器４６にはω１−ω２の周波数
の信号１ｏｃ（１ａ＋Ｉｂ）（Ｉａ＋１ｂ）’”　　ｅＯ８（
（ω　Ｉ　　　　（ＩＪ　２）ｔ＋２（Ｘ　ｗ　　　　
Ｘ　　ｙ　）１が検出される。この信号と参照信号（ｏａ　ｃｏｓ（ω＋　−（ＩＪ２　）　ｔ）との位相
差を、位相計４７で比較することによって、アライメント信号−２（ＸＷ　　ＸＭ）を得る。このよ
うにして非結像系アライメント光学系のＴＴＬアライメ
ントを構成することができる。

かくして本実施例方法によれば、位置合わせマークを用
いたＴＴＬアライメント法で従来、波長差が大きい場合
に問題となっていた投影レンズ２０の色収差に起因する
諸問題を容易に解決することができ、マスク１０とウェ
ハ３０との相対位置を極めて高精度に検出することがで
き、高精度な位置合わせが可能となる。従って、投影露
光装置の性能を大幅に向上させることができる。

なお、本発明は上述した実施例に限定されるものではな
い。マスクの位置情報を特に測定する必要がないときは
、第３図に示すようにマスクマークは単なる窓４９でも
よい。また、実施例では光源としてゼーマンレーザを用
いた例を示したが、この代わりに音響光学素子（ＡＯＭ
）を用い、レーザ光源からの光を周波数をシフトさせ、
それを合成して用いるようにしてもよい。

その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形し
て実施することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例方法に使用した投影露光装置
を示す概略構成図、第２図はウェハ或いはマスク上のマ
ークの一例を示す平面図、１３図は本発明の変形例を示
す概略構成図、第４図乃至第６図はそれぞれ従来の問題
点を説明するための図である。１０・・・マスク、１１．１２・・・マスクマーク（第２のマーク）、２０
・・・投影レンズ、３０・・・ウェハ、３１・・・ウェハマーク（第１のマーク）、４１・・・
レーザ光源、４２．４３・・・反射ミラー４４・・・λ／２波長板、４５・・・ハーフミラ− ４６・・・検出器、４７・・・位相計、５１〜５７・・・光の偏波状態。出願人代理人　弁理士　鈴　江　武　彦１１２図第３図第４図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）マスク上に形成されたパターンを投影レンズを介
してウェハ上に投影露光するに先立ち、露光波長とは周
波数の異なるアライメント光を用いてマスクウェハの光
学的な相対位置ずれを求め、このずれに基づいてマスク
・ウェハを位置合わせする位置合わせ方法において、マスク・ウェハの一方に第１のマークを、他方に第２の
マークを設け、アライメント光を第１のマークに照射し
、この第１のマークから生じた複数本の回折光を前記投
影レンズを通して第２のマークの所定距離だけ離れた回
折部分に照射し、第２のマークからの透過或いは反射回
折光を干渉させ、これを検出してマスク・ウェハの相対
位置ずれ情報を得ることを特徴とする位置合わせ方法。
（２）前記ウェハに第１のマークを、前記マスクに第２
のマークを設けたことを特徴とする請求項１記載の位置
合わせ方法。
（３）第１及び第２のマークとして、１次元格子、２次
元格子、市松格子状パターン、或いはこれらの組み合わ
せ用いたことを特徴とする請求項１又は２記載の位置合
わせ方法。
（４）前記アライメント光は、周波数が異なり（ω＿１
、ω＿２）、且つそれぞれの偏波面が異なった光であり
、第２のマークの一方を通過或いは反射した光はλ／２
板によって偏波面が変更され、この光と第２のマークの
他方を通過或いは反射した光とを干渉させた光をアライ
メント信号としたことを特徴とする請求項１記載の位置
合わせ方法。
（５）前記アライメント光は、マスクと投影レンズとの
間で囲まれた空間からウェハ上に入射され、ウェハ上の
第１のマークで反射回折した光は投影レンズを通してマ
スク上の第２のマークを通過し、その後干渉されて検出
器に入射するものである請求項１記載の位置合わせ方法
。